A modern ipari felületkezelésben a volfrám-karbid bevonatú hengereket széles körben használják a kohászatban, a papírgyártásban, a filmfeldolgozásban és a műanyaggyártásban, rendkívül nagy keménységük, erős kopásállóságuk és kiemelkedő korrózióállóságuk miatt. A hosszú élettartamot, nagy stabilitást és nagy kopásállóságot igénylő gyártósorok számára a volfrám-karbid bevonatú hengerek szinte pótolhatatlan kulcsfontosságú berendezésalkatrészek.
Sok vállalat azonban, amikor a volfrám-karbid bevonatú hengerekről tájékozódik, felveti a kérdést:
Mivel a volfrám-karbid olyan kemény, miért nem használunk egyszerűen tiszta volfrám-karbid port a szóráshoz?
Elméletileg a tiszta volfrám-karbid nagy keménységével, magas olvadáspontjával és rendkívül erős kopásállóságával ideális bevonóanyagnak tűnik. Ez a megérzés azonban téves. A valóságban a tiszta volfrám-karbid por aligha használható közvetlenül termikus szórásban, és iparilag sem alkalmazzák.volfrám-karbid bevonatú hengerek.
Az ok nemcsak technikai probléma, hanem az anyagtudományi struktúra és a porlasztási folyamat mechanizmusa által előírt döntő korlátozás is.
Ez a cikk végigvezeti Önt azon, hogy szisztematikusan megértse, miért kell kötőanyag-fázist tartalmazó volfrám-karbid kompozit port használni az ipari termelésben a tiszta volfrám-karbid por helyett.
Miért igényelnek a volfrám-karbid bevonóhengerek kompozit port a tiszta volfrám-karbid helyett?
Mielőtt megértenénk az okokat, tekintsük át a volfrám-karbid főbb jellemzőit:
• Magas olvadáspont, 2870°C
• Rendkívül nagy keménység (HRA 90+)
• Nagyfokú ridegség
• Az oxidációs ellenállás a környezeti hőmérséklettől függ
• Alacsony hőtágulási együttható
Bár ezek a tulajdonságok kopásállóvá teszik, jelentős nehézségeket is okoznak a permetezési folyamatban.
A volfrám-karbid bevonóhengerek gyártása főként olyan módszerekre támaszkodik, mint a HVOF (nagysebességű lángeltávolítás), a plazmaszórás vagy a robbanásos porlasztás. Bár ezek az eljárások magas hőmérsékletet igényelnek, nem elegendőek a tiszta volfrám-karbid részecskék teljes megolvasztásához.
Ez azt jelenti:
• A tiszta volfrám-karbid részecskék nehezen olvadnak meg.
• Hatékony bevonatszerkezet kialakításának képtelensége.
• Nehézségek a kohászati kötés vagy a hordozóval való mechanikai összekapcsolódás elérésében.
Ezért iparilag fémes kötőanyag fázist kell hozzáadni, hogy olvadó, köthető és lerakható kompozit port képezzen, ami a volfrám-karbid bevonóhengerek sikeres gyártásának kulcsfontosságú alapja.
Milyen problémák merülnek fel a tiszta volfrám-karbid porral történő permetezés során?
Merüljünk el a technikai részletekben.
Magas hőmérsékletű permetezés során a tiszta volfrám-karbid por a következő súlyos problémákat tapasztalja:
1. A por nem tud teljesen megolvadni
Bár a szóróberendezés hőmérséklete magas (körülbelül 2600–3000 °C), még mindig nem elegendő a volfrám-karbid teljes megolvasztásához.
Eredmények:
• A por szilárd állapotban ütközik az aljzatnak.
• Rendkívül gyenge bevonatsűrűség.
• A porrészecskék nem tudnak összeolvadni.
• Nem elegendő szilárdságú, könnyen leválasztható.
Ez szinte lehetetlenné teszi, hogy a tiszta volfrám-karbid filmet képezzen a permetezett bevonatban.
2. A részecskék közötti kötési fázis kialakításának képtelensége
A bevonatszerkezetekhez "splat struktúra szükséges, ", de a tiszta volfrám-karbid a következőket eredményezi:
• A rétegek közötti tapadás hiánya
• Számos pórus
• Összességében törékeny bevonat
Végső soron ez teljesen működésképtelenné teszi a volfrám-karbid bevonóhengert.
Miért nem tapad megfelelően a tiszta volfrám-karbid por a fémfelülethez?
Ez a fő oka annak, hogy a tiszta volfrám-karbid port nem használják az iparban.
A fémhordozó és a volfrám-karbid hőtágulási együtthatói közötti különbség jelentős.
• Fém aljzat (pl. 45# acél, rozsdamentes acél): Nagy hőtágulási együttható
• Volfrám-karbid: Nagyon alacsony hőtágulási együttható
Ez azt jelenti, hogy a hűtési fázis alatt súlyos stressz lép fel:
• Bevonat repedése
• Bevonat hámlása
• Súlyos delamináció
Fémes kötőanyag fázis nélkül, amely szabályozná a hőfeszültséget, a bevonat nem tud stabilan tapadni.
A fémes kötőanyag fázisok (Co, Ni, NiCr) a következőképpen működhetnek:
• "Puffer réteg"
• "Stresszoldás csatornánként"
• "Hideg kötődés
Stabil átmeneti réteg létrehozása a permetezett bevonat és az aljzat között.
Miért oxidálódik könnyen a tiszta volfrám-karbid permetezés után?
Bár a volfrám-karbid hőálló, a porlasztási folyamat során levegőnek, oxigénnek vagy magas hőmérsékletű égéstérnek van kitéve.
Amikor a hőmérséklet 600°C fölé emelkedik, a volfrám-karbid:
• Oxidálódik WO₃-vé és CO₂-vé
• A részecskék felületén rideggé válnak
• A szerkezeti stabilitás csökkenése
A tiszta volfrám-karbid pornak nincs védőrétege, és:
• Oxidálódik repülés közben
• Csökkenti a keménységet
• Csökkenti a kopásállóságot
• A bevonat színének elszürkülése és a teljesítmény csökkenése
A fémes kötőanyag fázisok védőréteget képezhetnek a részecskék körül, csökkentve az oxidációs sebességet és biztosítva a volfrám-karbid bevonóhenger stabil kémiai tulajdonságait.
Mi pontosan a fémes kötőanyag fázis szerepe a volfrám-karbid bevonóhengerben?
Ez a lényegi kérdés.
A gyakran használt kötőanyag-fázisok a következők:
• Co (kobalt)
• Nikkel
• NiCr (nikkel-króm)
• CoCr (kobalt-króm)
A következő kulcsszerepeket töltik be a bevonatban:
1. Az olvadáspont csökkentése, lehetővé téve a por részleges megolvadását.
2. Az aljzat tapadásának javítása és a bevonat lepattogzásának megakadályozása.
3. A szívósság javítása és a bevonat repedésének csökkentése.
4. Oxidációállóság és felületi stabilitás javítása.
5. Sűrű rétegszerkezet kialakítása, ami növeli az általános szilárdságot.
Minél egyenletesebb a fémes kötőanyag fázisa, annál nagyobb a tényleges kopásállóságvolfrám-karbid bevonatú henger.
Hogyan javíthatja a volfrám-karbid kompozit por a volfrám-karbid bevonatú hengerek minőségét?
A kompozit volfrám-karbid porokat jellemzően a következőképpen állítják elő:
• Porlasztásos granulálás és szinterezés
• Keményfém képződés
• Mechanikai bevonat
Ezeket a porokat a következő tulajdonságok jellemzik:
• Egyenletes részecskeméret
• Stabil részecskeszerkezet
• Jobb olvasztási kapacitás
• A kötőanyag fázis ésszerű eloszlása
• Erősebb hámlasztási ellenállás
Végső soron ez a volfrám-karbid bevonatú hengereket a következőhöz adja:
• Kiváló kopásállóság
• Stabil keménység (HRA 88–92)
• Alacsony porozitás (<1%)
• Nagy tapadás
• Kiváló korrózióállóság
Mindez nagymértékben függ egy fémes kötőfázis részvételétől.
Milyen szerkezeti hibák léphetnek fel, ha tiszta volfrám-karbidot használnak magas hőmérsékletű porlasztáshoz?
A tiszta volfrám-karbid szóráshoz való használata a következő bevonati hibákat eredményezi:
• Sok pórus (csökkent kopásállóság)
• Sok repedés (csökkent élettartam)
• Rétegközi delamináció (használhatatlan)
• Instabil keménység
• Részecskeoxidáció
• Durva szerkezet
Ezek a hibák súlyosan rontják a volfrám-karbid bevonatú hengerek működését.
Hogyan válasszuk ki a legmegfelelőbb poranyag-arányt a volfrám-karbid bevonatú hengerekhez?
Általános ipari alkalmazásokhoz ajánlott:
• WC-10Co-4Cr (klasszikus kombináció)
• WC-12Co (rendkívül nagy kopásállóság)
• WC-17Co (fokozott szívósság)
• WC-Ni sorozat (elsősorban korrózióállóság)
A por összetételének meg kell felelnie a következő követelményeknek:
• Hőmérsékleti követelmények
• Kopás típusa (erózió, csúszás, súrlódási kopás)
• Kenési környezet
• Bevonat vastagsága
• Hordozóanyag
Ezek a tényezők együttesen befolyásolják a volfrám-karbid bevonatú hengerek végső teljesítményét.